[发明专利]一种基于多涡卷混沌系统的图像加密方法

说明书

本发明提供一种基于多涡卷混沌系统的图像加密方法。本发明方法，包括：S1、构造基于Chua’s系统的多涡卷混沌系统；S2、设置混沌秘钥参数，产生一个新的多涡卷混沌系统；S3、结合Arnold映射方法对明文进行像素点的置乱；S4、基于新的多涡卷混沌系统设计随机扩散方法。本发明的技术方案解决了现有技术中的用于图像加密的混沌系统结构过于简单、复杂度较低、与加密算法的联系度差导致的密文抗破译能力不强等问题。本发明提出的图像加密方法具有更好的安全性以及更强的抗破译能力。

技术领域

本发明涉及保密通信、信息安全、计算机图像加密技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于多涡卷混沌系统的图像加密方法。

背景技术

近年来，混沌理论的研究一直是非线性科学领域的热点问题之一。由于混沌系统具有极高的敏感性和良好的伪随机性，因此在密码学领域得到了广泛的应用。由于混沌密钥的生成机制与其他传统密码体制不同，所以在实时加密方面具有较大的优势。特别是在图像处理过程中，需要大量的数据，相邻数据之间有很强的相关性。这导致了传统密码学中图像信息的加密效率较低，甚至不能满足实时加密的需要。与传统加密方法相比，基于混沌系统的加密算法在处理大数据信息方面具有独特的优势。然而由于至今发现的混沌系统数量较少，可以用于混沌图像加密的模型更是寥寥无几，这使得破解密文的难度与日降低。而在混沌图像加密算法的设计中，混沌系统往往仅用于产生混沌干扰参数，能结合其他算法设计的相对较少，真正以混沌系统为主要设计方案的更是罕见。

多涡卷混沌系统是一个动态的混沌系统，通过对静态混沌系统平衡点的分析，可以计算出相关控制参数进而设计成为一个动态的多涡卷混沌系统。控制器一般选择三角发生器或符号函数发生器，通过调节发生器的参数进而可以控制系统产生的混沌吸引子数量。系统如果是动态的，意味着有更多变化的可能。从加密算法抗破译能力的角度来说，多涡卷系统的动态特性非常符合其核心思想。以多涡卷动态系统为基础结合其它算法进行图像加密算法的设计，可以有效地提升算法的安全性和抗破译能力。这对于保密通信、计算机图像加密等相关领域的研究具有重要的意义。

当我们在选择系统应用于加密算法中时，最佳的选择是真随机序列。因为真随机序列本质上是一个完全随机的序列，加密效果也一定是最理想的。然而，由于完全随机序列难以解密，因此常用于单向加密。混沌序列具有良好的伪随机性，在混沌密钥设置后，混沌序列的所得到的值是唯一确定的。所以近年来，混沌加密一度成为信息安全、图像加密等领域的热门研究课题之一。但是，由于混沌系统模型的数量有限，常用的系统也是低维的静态系统且没有很好的融入到算法的设计中。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种基于多涡卷混沌系统的图像加密方法。本发明构造一个多涡卷混沌系统，并有效地将系统的横纵卷数与Arnold猫映射中的控制参数结合起来，设计了一个具有动态效果的图像加密方法，具有很高的安全性能，为信息安全、保密通信、计算机图像加密等领域做出了理论指导和实验验证。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于多涡卷混沌系统的图像加密方法，包括以下步骤：

S1、构造基于Chua’s系统的多涡卷混沌系统；

S2、设置混沌秘钥参数，产生一个新的多涡卷混沌系统；

S3、结合Arnold映射方法对明文进行像素点的置乱；

S4、基于新的多涡卷混沌系统设计随机扩散方法。

进一步地，所述步骤S1中构造的多涡卷混沌系统，其数学表达式为：

其中，a、b分别表示多涡卷混沌系统参数，x、y、z分别表示多涡卷混沌系统状态变量；h(x)为一个非线性控制器，控制系统在水平方向上产生的吸引子数量，如果产生偶数个吸引子，则可以被定义为：